火電廠除灰渣自動(dòng)控制系統(tǒng)研究

摘 要：文章根據(jù)某火電廠除灰渣系統(tǒng)工藝流程，設(shè)計(jì)了主要通過(guò)PLC對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件自動(dòng)化控制的方案，并對(duì)該系統(tǒng)的控制特點(diǎn)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：除灰渣工藝；自動(dòng)化控制組態(tài)；PLC

中圖分類(lèi)號(hào)：TM621.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）11-0081-02

1 工藝系統(tǒng)概述

除渣系統(tǒng)工藝流程主要為：鍋爐的爐渣連續(xù)落入刮板撈渣機(jī)的上槽體內(nèi)，爐渣經(jīng)水冷卻和粒化后，由刮板撈渣機(jī)撈出，通過(guò)刮板撈渣機(jī)下的三通進(jìn)入渣溝，再進(jìn)入渣水泵房，通過(guò)渣水泵轉(zhuǎn)運(yùn)至灰渣泵房，最后由灰渣泵輸送至灰場(chǎng)貯存。

除灰系統(tǒng)工藝流程主要為：將灰斗內(nèi)的飛灰收集、輸送至灰?guī)臁Ｃ颗_(tái)爐電除塵器分4個(gè)電場(chǎng)共有32個(gè)灰斗，每個(gè)灰斗下設(shè)一臺(tái)飛灰輸送器將飛灰輸送至灰?guī)臁ｋ姵龎m器各電場(chǎng)下的飛灰輸送器按程序自動(dòng)運(yùn)行。灰漿沿灰渣溝自流至排渣泵房前池，由排渣泵提升至灰渣泵房，最終由灰渣泵輸送至灰場(chǎng)。

2 除灰渣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 控制系統(tǒng)概述

控制系統(tǒng)主要由除飛灰系統(tǒng)、水力除渣系統(tǒng)及公用系統(tǒng)組成，控制系統(tǒng)采用兩套PLC集中控制，其中#1爐和公用系統(tǒng)共用一套，#2爐單獨(dú)用一套。操作站布置在除灰渣集中控制室 。

2.2 操作員站硬件設(shè)計(jì)

除灰渣控制系統(tǒng)共配置兩臺(tái)工程師站兼操作員站，操作員站布置在除灰渣集中控制室，上位機(jī)和PLC之間的通訊方式為以太網(wǎng)通訊。控制室內(nèi)的PLC主站通過(guò)分布在現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)遠(yuǎn)程I/O站對(duì)其就近的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制。

2.3 PLC端硬件設(shè)計(jì)

#1爐除灰渣控制系統(tǒng)共7面控制柜，本地站4個(gè)布置在除灰渣集中控制室，其中一面電源及CPU柜，三面本地IO柜，遠(yuǎn)程站3個(gè)分別為除灰空壓機(jī)房一面IO柜，除灰水泵房一面IO柜，灰?guī)旒皻饣L(fēng)機(jī)房一面IO柜。#2爐除灰渣控制系統(tǒng)共3面控制柜，其中一面電源及CPU柜，兩面本地IO柜，均布置在除灰渣集中控制室。兩個(gè)系統(tǒng)主機(jī)設(shè)備配置均為雙機(jī)熱備冗余系統(tǒng)，其中包括處理器（CPU）冗余、通訊模件（此處包含昆騰分布式I/O網(wǎng)絡(luò)modbus通訊模塊NOM、以太網(wǎng)通訊模塊NOE）冗余、電源模件冗余。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，兩塊CPU實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)，任何一塊CPU故障，系統(tǒng)馬上切換到備用CPU，從而保證系統(tǒng)不會(huì)因單塊CPU損壞而停止工作。所配PLC為施耐德公司出品的Quantum 雙機(jī)冗余型。

昆騰plc冗余系統(tǒng)下述特點(diǎn)：①lcu應(yīng)配置為雙機(jī)熱備系統(tǒng)，即雙機(jī)架、雙cpu、雙電源、雙遠(yuǎn)程i/o網(wǎng)絡(luò)、雙以太網(wǎng)通訊，保證系統(tǒng)的高度可靠性；②plc系統(tǒng)中，冗余以太網(wǎng)的地址在熱備系統(tǒng)中能夠自動(dòng)無(wú)擾切換，無(wú)論哪臺(tái)plc切換成主機(jī)，主機(jī)和備機(jī)的ip地址總能夠自動(dòng)切換，使之始終保持不變；③熱備系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，采用100m光纖，直接連接cpu上的光纖接口，以保證數(shù)據(jù)交換的效率；④熱備切換時(shí)間嚴(yán)格控制在1個(gè)掃描周期以內(nèi)，保證不會(huì)影響控制過(guò)程。

該冗余控制器的性能完全滿足本除灰渣控制系統(tǒng)的控制要求。

除灰渣控制系統(tǒng)共配置可帶電插拔的32點(diǎn)DI模件（所有DI信號(hào)查詢電壓48VDC，繼電器隔離，從以往大量的工程經(jīng)驗(yàn)來(lái)看DI輸入通道采用繼電器隔離是非常有必要的，尤其是在調(diào)試階段現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜當(dāng)有強(qiáng)電接入模件時(shí)沒(méi)有采用繼電器隔離的模件是要被燒毀的，即使是在運(yùn)行階段也難免會(huì)有強(qiáng)電竄入模件，為保護(hù)模件，DI輸入通道采用繼電器隔離），32點(diǎn)DO模件，（所有DO信號(hào)繼電器隔離），16點(diǎn)AI模件，8點(diǎn)AO模件。

2.4 數(shù)據(jù)通信設(shè)計(jì)

人機(jī)數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)是將各控制柜及人機(jī)接口和系統(tǒng)外設(shè)連接起來(lái)，以保證可靠和高效的系統(tǒng)通訊。 “通訊協(xié)議”為T(mén)CP/IP協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸率為100 MBps，該數(shù)據(jù)通路采用了CRC32位錯(cuò)誤檢驗(yàn)碼，附屬在傳輸?shù)男畔⒅幸黄鸢l(fā)送，數(shù)據(jù)傳輸方向?yàn)楣?jié)點(diǎn)總線上任何兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間雙向傳送。傳送的每一個(gè)數(shù)據(jù)都包含了該數(shù)據(jù)的ASCII數(shù)據(jù)名稱(chēng)。數(shù)據(jù)格式為32位浮點(diǎn)數(shù)（1位數(shù)符，1位階符，6位階碼，24位數(shù)據(jù)）和8位整數(shù)。數(shù)據(jù)總線對(duì)每個(gè)站的訪問(wèn)時(shí)間是實(shí)時(shí)的。故障節(jié)點(diǎn)自恢復(fù)時(shí)間小于10 ms。

系統(tǒng)具備和SIS、輔控網(wǎng)的接口能力，通過(guò)上位機(jī)，使用OPC或ODBC的方式可以方便的接入SIS系統(tǒng)。系統(tǒng)還提供了和GPS時(shí)間同步的功能，GPS接收器具有將時(shí)間信息按串行數(shù)據(jù)發(fā)出的功能，利用這點(diǎn)配合秒脈沖，就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)和GPS同步的功能。

2.5 電源設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)接受兩路獨(dú)立的交流220 V電源， A、B兩路電源同時(shí)進(jìn)入電源分配柜。電源分配柜內(nèi)又將電源分成控制電源、檢修電源及照明電源。其中控制電源同時(shí)從A、B兩路進(jìn)線電源受電，其中控制電源同時(shí)從A、B兩路進(jìn)線電源受電，保證一路進(jìn)線出現(xiàn)故障時(shí)可以自動(dòng)切換，確保控制部分的不間斷供電。除灰渣控制系統(tǒng)所需48 VDC和24 VDC電壓有系統(tǒng)本身配置的冗余穩(wěn)壓電源提供。

3 除灰渣控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)概述

控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)采用PLC和就地上位機(jī)一起接入輔控網(wǎng)集中監(jiān)控網(wǎng)的方式進(jìn)行分級(jí)控制。氣力除灰系統(tǒng)和水力除渣系統(tǒng)設(shè)置2套冗余配置的PLC，一套冗余的PLC控制#5機(jī)除灰渣系統(tǒng)及公用系統(tǒng)，另一套冗余的PLC控制#6機(jī)組除灰渣系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)共設(shè)2套操作員站/工程師站，2套PLC和上位機(jī)系統(tǒng)組成一個(gè)除灰渣局域網(wǎng)。通過(guò)除灰渣控制系統(tǒng)對(duì)整個(gè)除灰渣系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。輔助系統(tǒng)運(yùn)行人員通過(guò)輔助系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)（設(shè)在機(jī)組控制室內(nèi)）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備反饋的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)以及控制系統(tǒng)發(fā)出控制命令都可以在在輔控網(wǎng)和就地上位機(jī)屏幕上動(dòng)態(tài)、直觀地顯示出來(lái)。上位機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和PLC之間通過(guò)以太網(wǎng)接口進(jìn)行通訊。PLC和分布在現(xiàn)場(chǎng)的各I/O站通過(guò)昆騰系列PLC自帶的通訊協(xié)議（modbus plus通訊協(xié)議）進(jìn)行通訊。實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制。就地也設(shè)有上位機(jī)，但是僅供后備操作及系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)用。

3.2 人機(jī)機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在全場(chǎng)工程規(guī)劃中將整個(gè)水、灰系統(tǒng)集成為輔助系統(tǒng)集中監(jiān)控網(wǎng)，在集中控制室內(nèi)集中控制臺(tái)統(tǒng)一設(shè)置操作員站。整套除灰渣控制系統(tǒng)僅為輔助系統(tǒng)集中監(jiān)控網(wǎng)的一部分，其運(yùn)行操作和過(guò)程監(jiān)控全部在除灰渣控制系統(tǒng)上位機(jī)上或輔助系統(tǒng)集中監(jiān)控網(wǎng)操作員站上實(shí)現(xiàn)。

除灰渣控制系統(tǒng)監(jiān)控畫(huà)面采用IFX3.5上位機(jī)軟件。

iFIX是GE Fanuc過(guò)程處理及監(jiān)控產(chǎn)品中的一個(gè)核心組件。它可以為準(zhǔn)確開(kāi)放安全的數(shù)據(jù)采集及管理企業(yè)級(jí)的生產(chǎn)過(guò)程提供一整套的解決方案。

iFIX是為過(guò)程管理度身定造的解決方案，其本身具有高度的集成和擴(kuò)展性。

由于運(yùn)用了直觀的圖形工具，iFIX的用戶可以快速、高效地為生產(chǎn)過(guò)程創(chuàng)建高性能的過(guò)程窗口。

iFIX可以方便地滿足各種應(yīng)用類(lèi)型和應(yīng)用規(guī)模的需要。iFIX靈活的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)意味著iFIX不但可以滿足當(dāng)前系統(tǒng)應(yīng)用的需要，還可以在將來(lái)需要的時(shí)候隨時(shí)方便地?cái)U(kuò)展系統(tǒng)規(guī)模。

iFIX server直接連接到物理I/O點(diǎn)，并維護(hù)過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)。在iFIX上位機(jī)系統(tǒng)中，每臺(tái)計(jì)算機(jī)都被賦予自己獨(dú)有的節(jié)點(diǎn)名，并且每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)都有自己的內(nèi)部名稱(chēng)即標(biāo)識(shí)SCADA。iFIX網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換都通過(guò)讀取這些標(biāo)識(shí)SCADA，用戶可以選擇不同用戶可以選擇不同標(biāo)識(shí)SCADA容量的軟件版本，因此其可以面對(duì)復(fù)雜的多節(jié)點(diǎn)、多現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集，在本項(xiàng)目中。

正因?yàn)槿绱耍以刂葡到y(tǒng)上位機(jī)上不僅能顯示各電機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵、閥門(mén)等設(shè)備的過(guò)程參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)、以及故障報(bào)警指示等功能。在本系統(tǒng)所接入的輔助系統(tǒng)集中監(jiān)控網(wǎng)的操作員站上也可以進(jìn)行相同操作。

所有畫(huà)面顯示、制表打印、上位機(jī)軟件編程等均通過(guò)除灰渣控制系統(tǒng)上位機(jī)站完成。

在除灰渣控制系統(tǒng)上位機(jī)和輔助系統(tǒng)集中監(jiān)控網(wǎng)操作員站上能方便地進(jìn)行各種成套操作方式的選擇和切換，并進(jìn)行全自動(dòng)操作，同時(shí)還具有工作PID畫(huà)面顯示、模擬量參數(shù)顯示、聲光報(bào)警、棒狀圖顯示、報(bào)表統(tǒng)計(jì)以及制表打印等功能。

除灰渣控制系統(tǒng)上位機(jī)的畫(huà)面還可以上傳至輔助系統(tǒng)集中監(jiān)控網(wǎng)操作員站，從輔控網(wǎng)操作員站對(duì)除灰渣系統(tǒng)控制邏輯進(jìn)行編程、下載、上傳、在線監(jiān)視、監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)以及日常維護(hù)管理等。

3.3 下位機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

①自動(dòng)控制方式。操作員啟動(dòng)該操作方式以后，PLC按事先編制好的啟動(dòng)順序、啟動(dòng)時(shí)間間隔、聯(lián)鎖條件等條件，自動(dòng)發(fā)出指令使現(xiàn)場(chǎng)所有被控設(shè)備啟停、切換等，并自動(dòng)停運(yùn)，在這種方式下，操作員在畫(huà)面上人工點(diǎn)擊停止設(shè)備仍然有效，另外，某個(gè)突發(fā)性的（控制系統(tǒng)內(nèi)部或以外的）異常情況將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)按照一定方式（同時(shí)或按一定順序）停運(yùn)。還有一種方式使全系統(tǒng)急停，發(fā)生特別緊急情況時(shí)，操作員通過(guò)一個(gè)急停按鈕停止現(xiàn)場(chǎng)所有設(shè)備。在此方式下，控制系統(tǒng)對(duì)其自身及被控設(shè)備等的任一異常狀況都有相應(yīng)的聲光報(bào)警信息。

②手動(dòng)操作方式。運(yùn)行人員在上位機(jī)LCD上一對(duì)一操作某個(gè)設(shè)備。在此方式下，控制系統(tǒng)同樣具備完善的設(shè)備自保護(hù)（有的設(shè)備起停前需要檢測(cè)一些必要條件是否允許，如條件不滿足則手動(dòng)啟停無(wú)效，但“急停”除外）、報(bào)警功能。

③手動(dòng)就地操作方式。該方式專(zhuān)供檢修人員安裝調(diào)試和檢修維護(hù)時(shí)在就地操作箱或操作柜上試驗(yàn)單個(gè)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)操作員站可以檢測(cè)到該設(shè)備在畫(huà)面上被標(biāo)注成了“手動(dòng)操作”，此時(shí)自動(dòng)連鎖啟動(dòng)和遠(yuǎn)程操作員啟動(dòng)均不能實(shí)現(xiàn)直到“手動(dòng)操作”狀態(tài)消失，此時(shí)在就地端有調(diào)速要求的設(shè)備也能實(shí)現(xiàn)就地調(diào)速。

④設(shè)備保護(hù)。本控制系統(tǒng)中部分閥門(mén)，泵都有嚴(yán)格的保護(hù)條件。例如：清水池補(bǔ)水門(mén)會(huì)根據(jù)清水池水位自動(dòng)開(kāi)閉閥門(mén)，泵會(huì)根據(jù)水位的高低自動(dòng)起停水泵。

4 結(jié) 語(yǔ)

本套控制系統(tǒng)安全穩(wěn)定，可靠運(yùn)行，使電廠除灰渣工作的效率大大提高，生產(chǎn)環(huán)境也有所改善，同時(shí)也減輕了相關(guān)職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，總體來(lái)說(shuō)有效實(shí)現(xiàn)了分散系統(tǒng)的自動(dòng)控制，具有很好地應(yīng)用前景。

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